1、探月工程介绍

　　探月工程作为国家重大科技专项，是我国在发展人造卫星和载人航天之后，空间科学和技术发展的第三个里程碑。国家空间科学中心（以下简称空间中心）是探月工程的主要参研单位之一，承担的任务主要包括如下方面：

　　（1）有效载荷总体；

　　（2）星/器上有效载荷分系统集成管理控制系统；

　　（3）有效载荷地面综合测试系统；

　　（4）部分科学探测载荷设备研制；

　　（5）空间天气保障任务。

　　截止2019年，空间中心已完成嫦娥一号、二号、三号、四号等任务。

　　空间中心作为探月工程有效载荷总体单位，是联系科学家与有效载荷的桥梁，也是联系卫星总体和有效载荷的纽带。空间中心以有效载荷的技术状态管理、产品保证质量管理、计划进度管理为中心，为有效载荷各个研制单位提供技术支持，同时在载荷与卫星系统、地面应用系统和测控系统之间建立起有效的沟通协调机制，确保高标准、高质量、高效率地完成有效载荷的研制任务。

　　空间中心在承担探月工程任务的过程中，精心组织，团结协作，在院内外兄弟单位的支持下，有效载荷总体的职能得到了充分的发挥，建立健全了各项工程研制的规章制度，在各型号任务过程中逐步形成了一套适应有效载荷分系统产品研制特点的组织管理方法，为我国探月工程的顺利实施作出了突出贡献。在突破一个又一个技术难关的同时也锻炼了队伍、培养了人才，具备了可持续发展的能力。

　　空间中心为探月工程成功实施所做出的巨大贡献得到了党和国家的高度认可：

2007年获“绕月探测工程突出贡献单位”称号

2008年获绕月探测工程国防科学技术进步奖特等奖

2009年获国务院颁发的绕月探测工程国家科学技术进步奖特等奖

2010年获“探月工程嫦娥二号任务突出贡献单位”称号（见上图）

2011年获中华全国总工会颁发的“全国五一劳动奖状”（见上图）

2011年获工业和信息化部颁发的国防科学技术进步奖特等奖

2012年获国务院颁发的国家科学技术进步奖特等奖

2014年获中华全国总工会颁发的“工人先锋号”（见上图）

2015年获工业和信息化部颁发的嫦娥三号工程国防科学技术进步奖特等奖。

　　2、 嫦娥一号任务

　　主要实现绕月探测，科学目标的重点为月球三维影像分析、月球有用元素和物质类型的全球含量与分布特点、月壤厚度探查以及地月空间环境探测。工程上的核心是实现从地球走向月球，充分利用我国现有成熟航天技术，研制和发射月球探测卫星，突破地月飞行、远距离测控和通信、绕月飞行、月球遥测与分析等技术，并建立我国月球探测航天工程初步系统。

　　空间中心承担了嫦娥一号卫星有效载荷的技术和管理总体工作，同时还开展了相关载荷和项目的研制工作，主要包括：

　　（1）微波探测仪分系统

　　微波探测系统由微波接收机单元、微波数管单元、低端观测天线、高端观测天线组合、低端定标天线、高端定标天线组合、微波电缆组件共7台设备组成。主要对月壤的厚度进行估计和评测，这是国际上首次系统地采用被动微波遥感的手段对月表进行探测。高端观测天线组合包括3种频段，它和低端观测天线一起接收微波辐射信号；低端定标天线和高端定标天线组合的频段与观测天线相同，主要起到定标作用，它们都连接到微波接收机单元上，由微波接收机单元进行相应的探测信号处理；微波数管单元提供电源、控制、数据采集和传输功能。

　　（2）空间环境探测分系统

　　空间环境探测系统由太阳高能粒子探测器、太阳风离子探测器A、太阳风离子探测器B共3台设备组成。主要探测地月和近月的空间环境参数。太阳风离子探测器A和太阳风离子探测器B具有完全相同的技术状态。空间环境探测的3台设备在轨运行时相对独立。太阳高能粒子探测器用于监测卫星轨道空间的高能带电粒子(主要为质子、电子和重离子)成分、能谱、通量和随时间的变化特征，为研究太阳耀斑及太阳宇宙线服务。太阳风离子探测器用于探测太阳风等离子体的能谱，即太阳风等离子体的能量分布函数，从中引出平静和高速太阳风等离子体的特征量，如太阳风的体速度，离子温度以及数密度等。

　　（3）有效载荷数据管理分系统

　　有效载荷数据管理系统是整个探月一号卫星有效载荷供配电、数据管理传输和控制的核心。它由载荷配电器、总线控制器、远置终端、大容量存储器、高速多路复接器5台星上设备组成。载荷配电器负责为有效载荷和数管设备供配电；总线控制器是有效载荷的控制中心，它控制和管理1553B数据总线通讯；大容量存储器存储全部有效载荷的科学数据，并对成像光谱仪的数据进行压缩；高速多路复接器负责各种科学数据的复接、信道的纠错编码、传输数据的伪随机化和传输桢的形成，其输出数据流经S波段数传发射机下行。

　　（4）有效载荷地面综合电测分系统

　　嫦娥一号卫星有效载荷地面综合电测系统，是探月工程有效载荷分系统的一个组成部分，是支持有效载荷系统桌面电性能联试和参加卫星整星测试的专用设备，用于检测星载有效载荷设备的功能、工作状态及与卫星系统的匹配和协调工作能力。在有效载荷系统桌面联试中，该设备是系统级电性能的主要测试工具；在卫星系统电性能测试中，该设备是卫星测试设备的专用测试设备之一。负责有效载荷系统在模样、初样及正样研制阶段所组织的有效载荷桌面电性能联试和卫星系统组织的卫星系统初样星、正样星测试（包括电磁试验、振动试验、热真空试验）、以及发射场测试等。

　　3、嫦娥二号任务

　　嫦娥二号卫星作为探月工程二期的先导星，在嫦娥一号备份星的基础上进行适应性改造。根据嫦娥二号的任务要求，除大容量存储器为新研设备，其余由空间中心研制的微波探测仪、空间环境探测器、有效载荷数管的其他设备均根据任务需求进行了适应性改造。

　　微波天线（左）、太阳风离子探测器（中）、太阳高能粒子探测器（右）

　　　　总线控制器远置终端

　　高速多路复接器（左）、载荷配电器（右）

　　嫦娥二号大容量存储器相比嫦娥一号的存储容量提高3倍，数据存储及处理速率提高100多倍，如果沿用嫦娥一号的技术路线，实现起来虽然简单，但体积、重量会成倍增加，功耗会成几十倍增加。在研制进度非常紧张的情况下，研制团队突破了多项新技术，在存储容量和数据处理速率大幅提高的同时，体积和重量增加不到60%，功耗仅增加一倍。

　　大容量存储器

　　4、嫦娥三号任务

　　在嫦娥三号任务中，空间中心除承担有效载荷总体任务以外，还承担了着陆器载荷电控箱和巡视器有效载荷电控箱的研制任务，地面综合测试系统任务。

　　着陆器/巡视器有效载荷电控向将两器上搭载的各载荷电子学进行了集成设计，通过集成一体的载荷电控箱实现有效载荷工作模式控制和数据处理，从而使着陆器有效载荷统一与着陆器数管分系统和电源分系统接口，巡视器有效载荷统一与巡视器综合电子分系统和电源分系统接口，并可适应其他新增的工作模式控制和数据处理需求。

　　载荷电控箱从优化系统设计，减少重量、降低功耗和减小体积，提高可靠性的目标出发，通过优化系统顶层设计，实现高性能高可靠的载荷电控箱实现系统资源共享，取代多个利用率低的电控箱，满足有效载荷的功能、性能和可靠性要求，有效降低和减少重量、功耗和体积，同时解决有效载荷系统面临的技术新和计划进度紧问题。

　　　　巡视器载荷电控箱（左）、着陆器载荷电控箱（右）

　　着陆器有效载荷地面综合测试系统和巡视器有效载荷地面综合测试系统需要完成对两器有效载荷系统的集成测试，及着陆探测器测试阶段有效载荷的综合测试，主要任务包括：有效载荷分系统在各个研制阶段的系统集成测试、综合测试，以及在发射阵地的测试。两器地面综合电测系统分别由探测器仿真设备、载荷数据处理设备、载荷故障诊断设备、载荷数据模拟源设备、自检设备以及有效载荷地面测试电缆网等部分组成，实现的功能有：探测器仿真、测试序列控制、地面数据处理、故障诊断、与探测器地面测试设备数据通信以及系统自检等。

　　　　空间中心联试大厅

　　5、嫦娥四号任务

　　嫦娥四号作为探月工程四期的首次任务，实现了人类首次月球背面软着陆和巡视勘查，同时实现了首次地月L2点中继星对地对月的测控、数传中继。嫦娥四号任务的科学目标包括：月基低频射电天文观测与研究；月球背面巡视区形貌和矿物组份探测与研究；月球背面巡视区浅层结构探测与研究。

　　在嫦娥四号任务中，空间中心除承担有效载荷总体、着陆器/巡视器载荷电控箱、地面综合测试等任务以外，还承担着中瑞（典）合作巡视器载荷中性原子探测仪（Advanced Small Analyzer for Neutrals, ASAN）及中德合作着陆器载荷月表中子与辐射剂量探测仪（Lunar Lander Neutrons & Dosimetry, LND）的国际合作任务。

　　嫦娥四号国际合作任务中，空间中心两个科研团队分别与相应研究领域顶级的国际团队实现“强强联合”，在仪器研制、测试、总装、科学探测任务规划及科学数据共同开发利用等过程中进行了深度合作，出色完成了预定任务，取得重要成果。嫦娥四号国际合作项目的成功实施体现了中心在空间环境探测领域的先进水平，以及在国际合作方面的丰富经验，也为后续任务中的国际合作工作树立了重要范例。

　　6、嫦娥五号任务

　　2020年11月24日，长征五号遥五运载火箭搭载嫦娥五号探测器成功发射升空并将其送入预定轨道。12月17日，嫦娥五号返回器携带月球样品着陆地球。嫦娥五号任务是中国探月工程的第六次任务，也是中国航天最复杂、难度最大的任务之一（截至2020年12月），实现了中国首次月球无人采样返回，助力月球成因和演化历史等科学研究。

图：嫦娥五号国旗展示

　　中科院空间中心承担了嫦娥五号有效载荷总体工作，有效载荷分系统配置了7台（套）科学载荷，用于完成采样区现场就位科学目标探测，为有选择地进行月壤取样提供了依据，建立了现场探测数据与实验室分析数据的联系。同时，还承担了着陆器上的载荷数据处理器的研制，用于有效载荷分系统一体化设计，满足有效载荷系统工程设计约束，同时还配备了一套地面综合测试系统，用于各阶段的集成测试和综合测试。

　　中科院空间中心的科学家通过对嫦娥五号采回的月球样品开展了地面分析研究，获得了一系列的重大科学成果。例如，揭示了嫦娥五号着陆点月壤矿物组成和太空风化作用等。 

图：嫦娥五号数据处理器正样产品

图：嫦娥五号有效载荷分系统正样产品桌面联试

　　8、天问一号任务

　　天问一号于2020年7月23日在文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭发射升空，成功进入预定轨道。2021年2月10日，天问一号与火星交会，成功实施捕获制动进入环绕火星轨道。2021年5月15日成功实现软着陆在火星表面。2021年5月22日，祝融号火星车成功驶上火星表面，开始巡视探测。2021年6月11日，国家航天局举行了天问一号探测器首批科学影像图的发布，标志着中国首次火星探测任务取得圆满成功。天问一号在火星上首次留下中国印迹，首次实现通过一次任务完成火星环绕、着陆和巡视三大目标，实现了中国在深空探测领域的技术跨越而进入世界先进行列。 

图：祝融号火星车与着落器“合影”

　　天问一号火星探测器由环绕器和着陆巡视器组成，其中环绕器的探测科学任务着眼于火星全球性和综合性的探测，开展火星总体性和全局性的研究与科学认知；着陆巡视器由进入舱和火星车组成，火星车巡视探测科学任务着眼于火星局部地区，开展高精度科学探测。

　　从总的科学目标出发，环绕器有效载荷分系统配置了8台（套）科学载荷，任务包括：（1）火星大气电离层分析及行星际环境探测；（2）火星表面和地下水冰的探测；（3）火星土壤类型分布和结构探测；（4）火星地形地貌特征及其变化探测；（5）火星表面物质成分的调查和分析。着陆巡视器有效载荷分系统配置了6台（套）科学载荷，任务包括：（1）火星巡视区土壤结构（剖面）探测和水冰探查；（2）火星巡视区表面元素、矿物和岩石类型探测；（3）火星巡视区大气物理特征与表面环境探测。

　　中科院空间中心承担了有效载荷总体工作，负责有效载荷分系统顶层设计；组织有效载荷产品全周期研制；负责有效载荷计划进度管理、质量产保管理；组织有效载荷分系统验收、联试；对项目全要素（软件/FPGA、元器件、环境试验、文件、经费等）实施管理。

　　同时，还承担了环绕器离子与中性粒子分析仪、环绕器载荷控制器和火星车载荷控制器的研制工作。

　　离子与中性粒子分析仪主要探测任务为：对火星等离子体中的粒子特性进行探测，了解火星大气逃逸；研究太阳风和火星大气的相互作用、火星激波附近中性粒子加速机制。主要功能为：获取火星离子和中性粒子数据；测量火星空间环境中的离子通量，分辨主要离子成分，获得这些离子成分的密度、速度、温度等物理参量；测量中性能量粒子的通量，分辨H、He、O等主要中性粒子成分。

图：火星环绕器离子与中性粒子分析仪正样产品

　　环绕器载荷控制器和火星车载荷控制器，分别是一台集成化的多功能电子设备，主要功能是管理和控制各个有效载荷的工作及运行状态，提供有效载荷分系统与卫星平台的统一电接口。具体功能是为分系统内部各载荷提供供配电、模拟量遥测采集、OC指令控制、载荷热控管理、科学数据和工程参数的处理，以及自主化运行管理等功能。

图：环绕器载荷控制器和火星车载荷控制器

　　同时，环绕器载荷分系统和火星车载荷分系统各配备了一套地面综合测试系统，用于各阶段的集成测试和综合测试。

　　中科院空间中心的科学家通过对天问一号的探测数据进行了分析研究，获得了一系列的重大科学成果。例如，离子与中性粒子分析仪对太阳风的探测数据，揭示了太阳风等离子体的特征与变化等。